JP4890441B2 - 空間および軸外のディスプレイ規格適合性を向上させるための方法および装置 - Google Patents
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Description
この発明は、電子ディスプレイ装置、特にフォーマットが固定されたディスプレイのためのシステムおよび方法に関する。より特定的には、この発明は、施行されたディスプレイ規格に準拠する電子ディスプレイ装置、例えばDICOM規格などの施行された医療用ディスプレイ規格に準拠する医療用電子ディスプレイ装置などのためのシステムおよび方法に関する。
放射線学における従来のフィルムを置換するものとして、ますます多くの医療用ディスプレイが用いられている。費用のかかるフィルムを用いる代りに、放射線技師は、高品質(典型的にはグレースケール)の医療用ディスプレイ上のデジタル画像を見る。医療用ディスプレイの付加的な利点は、放射線技師が、コントラスト強化、ズームなどの画像処理動作を医療用画像上で実行し得ることであり、これにより診断がより容易になる。医療用ディスプレイは、一次診断、したがって生命にかかわる重大な決断に非常にしばしば用いられるので、極めて高い品質と品質管理とを要求することは明らかである。多くの規制および勧告が存在する。そのような品質要件の1つの例は、「DICOM/NEMA補遺28グレースケール規格ディスプレイ関数(DICOM/NEMA supplement
28 greyscale standard display function)」である。これは、デジタル画像ファイルに存在する小さな詳細の可視性を最大限にするために、医療用デジタル画像のグレースケールが、ディスプレイやフィルムプリンタなどの医療用出力装置の出力レベルにいかにマップされるべきかを記載する。
システムの全体的なトランスファカーブを変更する原理を示す。換言すれば、P−値104と呼ばれる入力値104は、「P値からDDLへ」変換カーブ106によって、続く「DDLから輝度へ」変換後に結果として生じるカーブ「輝度対P−値」114が特定の標準化されたカーブに従うようなやり方で、DDL108と呼ばれるデジタル駆動値またはレベル108に変換される。次いで、デジタル駆動レベルは、ディスプレイシステムに特有の「DDLから輝度へ」変換カーブ110によって変換され、したがってある輝度出力112が可能になる。この標準化された輝度出力カーブは、「P−値からDDLへ」変換カーブ106および「DDLから輝度へ」カーブ110の組み合せとして図2に示される。このカーブは、バートンモデル(Barten’s model)で説明されるような人間のコントラスト感度に基づく。医療用ディスプレイの輝度範囲内では、これは明らかに非線形であることに注意される。グレースケール規格ディスプレイ関数は、0.05cd/m2から最大4000cd/m2の輝度範囲について規定される。図2の水平軸は輝度JNDと呼ばれる最小弁別値(just noticeable differences)の指標を示し、垂直軸は対応する輝度値を示す。輝度JNDは、特定の輝度レベルで知覚することができる輝度値における最小の変動を表す。より詳細な説明は、1998年に米国電機製造業者協会(National Electrical Manufacturers Association)によって発行された、「DICOM/NEMA補遺28グレースケール規格ディスプレイ関数」に見出すことができる。
について、接続されている。知覚された輝度の一般的な変化があるのみならず、パネルがある角度で見られると、パネルの本来のトランスファカーブも急激に変化する。この挙動が小さな視野角においてさえDICOM適合性が低下する原因となり得、ある角度でディスプレイを見ることにより診断がなされる場合、品質リスクをもたらし得ることが明らかである。最近では、診断を行う場合、特にディスプレイが壁に取付けられ、かつ/または複数の放射線技師がともに症例を議論する場合は、ある(小さな)角度で医療用ディスプレイを見るのは普通の行動であることに注意される。
2002年SID国際シンポジウム専門誌要説「視野角を用いて色依存を補償するための、TFTLCDディスプレイの色補正(Color correction in TFTLCD displays for compensation of color dependency with the viewing angle)」、2002年5月(2002−05)、SID US 33/2巻、カリフォルニア州サンホセ(San Jose,Ca)、2002年SID国際シンポジウム専門誌要説、pp.713−715において、G・マルク(G.Marcu)らは、見る人の単一の位置に相対するピクセルの色の変動の補償のための方法を記載する。方法は、所与の位置につき一人の見る人が、スクリーンに対する視野角の差に影響されずに色を見ることができるように、スクリーンの各ピクセルに必要な色補正を決定する。色補正は、位置がわかる限り、見る人の位置が変わるにつれて自動的に再計算することができる。
この発明の目的は、施行されたディスプレイ規格との向上した空間および軸外の適合性が得られるような、ディスプレイシステムのための補償方法および装置を与えることであり、その結果、ディスプレイに対するユーザの視野角が大きくなりすぎた瞬間から、ユーザはその角度から見ることは推奨できないと警告される。
第1の局面では、この発明は、マトリクスディスプレイにおけるピクセル素子の複数のゾーンのグレースケールまたはカラーの値の不適合を補正する方法に関し、補正は、例えばDICOM規格などであるがこれに限定されない施行されたグレースケールまたはカラーのディスプレイ規格に関し、ピクセル素子の各ゾーンは異なる較正関数によって補正される。方法は、ピクセル素子の各ゾーンについて独立に、ピクセル素子のゾーンのグレースケールまたはカラーの値の不適合をその駆動信号の関数として特徴付ける特徴付けデータを記憶するステップと、特徴付けデータに従って、施行されたグレースケールまたはカラーのディスプレイ規格と適合するグレースケールまたはカラーのレベルを得るようピクセル素子のゾーンの駆動信号を事前に補正するステップとを含み、事前に補正するステップは、表示されるグレースケールまたはカラーの値の入力値、およびピクセルのゾーンが見られるか、見られるべき視野角に基づいて、実行される。方法はさらに、ディスプレイ挙動が許容できない場合には、事前に補正することを適合するステップを含む。ディスプレイ挙動は、例えばピクセル素子のゾーンが見られるか、見られるべき視野角が予め定められた範囲外にある場合、例えば大きくなりすぎた場合、または環境もしくはディスプレイ依存するパラメータ、例えば周囲光強度もしくはバックライト強度がそれぞれ変化する場合などには、もはや許容できない。
、施行されたグレースケールまたはカラーのディスプレイ規格と適合するグレースケールまたはカラーのレベルを得るために、駆動信号をピクセル素子のゾーンに事前に補正するための補正装置とを含む。補正装置は、決定された視野角が予め定められた範囲外にある場合に駆動信号を調整するよう適合される。補正装置は、減じられた数のグレースケールまたはカラーのレベルを得るために、駆動信号をピクセル素子のゾーンに調整するよう適合されてもよい。単一のグレースケールまたはカラーのレベルにまで下げてもよい。
いことが、この発明の利点である。補償はピーク輝度を必ずしも著しく低減せず、またはディスプレイの暗いレベルの出力を増大させない。
例示的な実施例の説明
この発明は、特定の実施例に関して、かつ図面に関して説明されるが、この発明はそれに限定されず、請求項によってのみ限定される。記載された図面は単に概略的で、非限定的である。図面では、要素のうちのいくつかのサイズは、例示目的のために縮尺どおりではなく、誇張されている場合もある。
格にも準拠することができる。換言すれば、この発明はDICOM補遺28のグレースケール規格に限定的ではない。この発明は、例として、ディスプレイシステムのためのDICOM補遺28のグレースケール規格について説明される。
とができる。さらに、(フーリエレンズを含むいくつかのレンズを用いることによって)1つの単一画像によっていくつかの視野角について測定を実行することができるカメラシステムが存在する。唯一の要件は、測定装置が、ディスプレイ(サブ)ピクセルまたはゾーン(すべての位置)、および異なる視野角についてトランスファカーブを得ることができることである。これらのトランスファカーブは、不完全な測定および補間に基づく近似値であり得ることに注意されたい。
05をコントラスト損失なく得ることができる。なぜなら、DICOM仕様書は画像化装置に必要な輝度範囲を特定しないからである。例えば、輝度範囲0.5cd/m2から500cd/m2を有するピクセルについてのDICOM適合カーブが見つけられるが、1cd/m2から600cd/m2の輝度範囲を有するピクセルについてのDICOM適合カーブも見つけられるからである。
位置がわかれば、ユーザがディスプレイを見ている正確な水平角および垂直角を計算するのは簡単である。上記の説明において、特徴付けデータとして、各ピクセル/ゾーンについて同じ視野角を用いることができるか、または、モデルをより正確にするために、ディスプレイの各ピクセルまたはゾーンに対する視野角さえもが割当てられ得るかのいずれかであり、各ピクセル/ゾーンについて同じ視野角を用いると、視野角依存性が各ピクセル/ゾーンについて本質的に異なり得るので、なおもこの視野角依存性を導き得ることに注意される。ユーザがディスプレイに(例えば真正面に)接近している場合、ディスプレイの異なる部分について視野角に有意差があることは明らかである。例えば、大型ディスプレイの両側を(小さな)角度の下で見るのと同時に、中心部を軸上で見ることができる。同時に複数のユーザがいれば、視野角の平均値がシステムに与えられ得る。この発明は、視野角のみならず、見る人のディスプレイからの距離をも決定するために、例えばユーザの位置を追跡する装置の使用をも含む。例えば、レーダまたは超音波をこの目的に用いることができる。ユーザ位置および視野角が計算され/測定される正確な方法は、この発明については限定されない。一旦視野角および好ましくはユーザ距離が各ピクセルまたはゾーンについてわかれば、その情報はそのピクセルまたはゾーンに補正を適用するために用いられる。
図8aにおいては、視野角挙動がディスプレイシステム上の正確な位置に依存しないものと想定される。すなわち、ピクセルまたはゾーンはすべて同じ視野角依存性を有している。これは、ユーザとディスプレイとの間の広い間隔に対しては幾らか正確であり得る。補正アルゴリズムは、空間変動の補償と、すべてのピクセルまたはゾーンに対して同じ視野角データを用いる視野角変動の補償とを含む。図8aは、画像を表示するための方法300のフローチャートを示す。第1のステップ302では、画像化すべきピクセルが選択される。ステップ304では、ピクセルを画像化するのに必要な特徴付けデータを検索するのに必要とされるピクセル識別情報が得られる。ステップ306では、ピクセルについての入力値またはP値、すなわち、ピクセルで画像化すべきグレースケール値と一致する値、が得られる。ステップ308では、ディスプレイシステムのための視野角が既知であるかどうかをチェックする。既知でない場合、方法300はステップ310に進み、ディスプレイシステムのための視野角が、たとえば、ディスプレイシステムにおける切換え状態をチェックするか、視野角を測定するか、または遠隔制御システムから視野角を得ることによって、決定されるかまたは得られる。代替的な方法では、視野角情報は、試作品での測定または数学的計算に基いてディスプレイシステムに予め記憶される。得られた特徴付けデータ、すなわちピクセルID、表示すべきP値および視野角情報は、各ピクセル/ゾーンについて得ることのできる記憶された補正情報に基いて良好なディスプレイ規格適合性を得るために空間変動に対する補正と視野角依存性に対する補正とを提供するデジタル駆動レベル値の決定を可能にする。この決定はステップ312で実行される。次いで、このデジタル駆動レベルを用いてピクセルを駆動し、こうして、正確なグレースケールレベルを得る(ステップ314)。ステップ316では、他のピクセルを画像化する必要があるかどうかをチェックする。それが画像化すべき最後のピクセルでない場合、次のピクセルが選択される。表示すべき画像の最後のピクセルが変換されている場合、画像全体が表示されると補正方法が終了する(ステップ318)。
もしくは数学的関数またはそれらの組合せに基いたルックアップテーブルおよび回路を用いることができる。さらに、画像を向上させるのに用いられる既存のルックアップテーブルを、この発明に必要なルックアップテーブルまたは補償と組合せることもできることに留意されたい。
レベルDDLと称される駆動電圧が選択される。較正中に用いられる駆動電圧の数はシステムに依存しており、ある程度自由に選択することができる。満たされるべき条件は、本来のトランスファカーブの詳細を実質的に得るためにかなり正確な情報を得なくてはならないことである。測定すべき駆動電圧の数を減らすために、測定結果間に補間が用いられてもよい。次いでステップ408において、選択された駆動電圧を用いて、選択されたゾーンまたはピクセルを駆動する。上述のとおり、ゾーンが駆動される場合、これは、ゾーンの中心ピクセルもしくはゾーンにおけるいくつかのピクセルであり得るか、または、ゾーンにおけるすべてのピクセルであり得る。当業者に明らかとなるように、ゾーンを形成するピクセルのグループから選択された他の特定のピクセルが用いられてもよい。ステップ410において、輝度検出システムを用いて、駆動されたゾーンの輝度が測定される。ステップ412においてこの測定結果が記憶され、その後、ステップ414において、選択されたゾーンのための駆動電圧がすべて、本来のトランスファカーブ情報を得るために既に用いられているかどうかをチェックする。このようにして、異なる駆動電圧でゾーンを駆動し、対応する輝度レベルを測定し、その対(駆動電圧、輝度レベル)を記憶することにより、本来のトランスファカーブ情報が得られ、記憶される。現在選択されているゾーンに対する本来のトランスファカーブについての必要とされる情報がすべて得られる場合、方法400はステップ416に進み、ここで、別のゾーン/ピクセルを測定する必要があるかどうか判断される。必要である場合、当該方法は、別のゾーンまたはピクセルを特徴付けるためにステップ404に戻る。そうでない場合、ディスプレイシステムに対する本来のトランスファカーブについての空間情報がすべて得られ、方法400はステップ418に進む。施行すべきグレースケールレベルのディスプレイ規格の情報が、必要とされる輝度範囲で、すなわち、測定された輝度値に応じて得られる。ステップ420において、それらの結果を、施行すべきグレースケールレベルのディスプレイ規格情報に適合させることによって、ディスプレイシステムのさまざまなピクセル/ゾーンについての補正されたトランスファカーブが得られる。このステップにおいては、理論的な考察または試作品のディスプレイシステムの測定に基づき得るディスプレイシステムについての視野角情報がまた導き出され、こうして、異なるピクセル/ゾーンおよび異なる視野角に対する補正されたトランスファカーブがもたらされることとなる。
有する方法ステップは上に説明されたとおりであるので、ここでは詳細には説明されない。
の数を単一の色調にまで、もしくは、ごく限られた数、たとえば2つのグレーの色調にまで低減させ得るか、または、ディスプレイ上のテキストもしくは画像などのパターンを表示し得る。他の動作には、表示された画像の品質について関連するパラメータを変更すること、たとえば、バックライトの輝度を変更し、ディスプレイの新しいピーク輝度値を設定し、ディスプレイの新しい較正された白色点の輝度値を設定し、ディスプレイの新しい色点を設定し、ディスプレイのバックライトの新しい色点を設定し、室内における周囲光の強度を変更し、室内における周囲光の色点を変更し、室内の温度を変更し、室内の湿度レベルを変更し、ディスプレイ内またはグラフィックボード内またはPACSビューイングアプリケーション内またはホストPC上における施行されたグレースケールまたはカラーのディスプレイ規格の較正テーブル(たとえばDICOM較正テーブルであるがこれには限定されない)を変更し、PC上で実行するいかなるプログラムにおける特定の設定(たとえば、PACSビューイングアプリケーション、QAアプリケーション…などであるがこれらに限定されない)をも変更し、たとえば、分解能、フレーム率、色の濃さ、符号化方式、パレットモードであるがこれらに限定されないグラフィックボードのいかなる設定をも変更し、ディスプレイのいかなる設定をも変更することが含まれてもよい。これらの動作の各々は、ディスプレイシステム挙動を再び許容可能にする、すなわち、施行されたグレースケールもしくはカラーのディスプレイ規格に適合させるか、または、現在の状況に比べて少なくとも向上させる(そのように最適化させる)ことを意図している。
DICOM較正カーブ、たとえば較正LUTまたはその解析式だけが計算される場合でも、依然として、施行された規格に対する準拠の低下、たとえばDICOMへの準拠の低下がもたらされる。実際には、いくつかの視野角では、ディスプレイの特徴が非常に急速に変化し得るので、角度がわずかに変化するだけでもディスプレイ挙動に大きな差がもたらされることとなる。これはまた、わずかに誤った視野角について計算された較正カーブ、たとえばLUTまたはその解析式により、結果として、所望の標準的なディスプレイ関数に比べて歪みが大きくなるおそれがあることを意味する。
メータの組である。所望の規格と比較して、問題となっているパラメータについてのパラメータベクトルLの準拠を記述するコスト関数またはメトリックCが確立され、たとえばC(x、y;L)は、所望の規格と比較して、視野角(x、y)についての較正カーブからのパラメータベクトルLの準拠を記述するコスト関数である。パラメータベクトルLは、各点についてのコスト関数Cの結果と、ある空間(たとえば二次元:水平および垂直な視野角、たとえば三次元:水平および垂直な視野角ならびにディスプレイの白輝度、たとえば四次元:水平および垂直な視野角ならびにディスプレイの白輝度ならびに周囲光の強度、…)(のいくらかの部分)にわたるそのベクトルLとの重み付けされた合計が最大化される、すなわち、
み値を有しており、この第3の重み値は第2の重み値よりも低い。水平方向または垂直方向に30°を超えて軸から外れている視野角は第4の重み値を有する。当該第4の重み値はたとえばゼロであってもよい。
、すべてのピクセルおよび視野角について、または、場合によっては上述のものとは異なる限られた数のゾーンもしくは視野角について、入力グレースケール刺激を変更させた場合、ディスプレイシステムの出力、より特定的には色座標が、特定の選択された数学的カーブ(たとえば、2つの色点間における一定の線形カーブ、…)に準拠する方法およびシステムに関する。なお、数学的カーブは一定である必要はないが、たとえば外部の測定データ、外部要因などの他のパラメータに依存しているかまたは時間に依存していてもよい。ディスプレイシステムのR、G、B値からCIEのx、y座標などの色座標への変換は当業者には周知である。これは、たとえば、R、G、B値のうちのすべてまたは選択されたものの色座標を測定し、R、G、Bからx、y座標の変換が必要な場合に逆変換を適用することによって実行可能である。別の可能性として、R、GおよびBのサブピクセルのトランスファカーブなどの限られた数の測定値に基づいてすべてのR、G、Bディスプレイ値に対する色座標と、R、GおよびBのサブピクセルの完全にオンの状態および完全にオフの状態の色座標とを理論的に導き出すことが挙げられる。
のさらに別の例が挙げられる。この場合、空間および軸外の補正は、たとえばカラーJNDで表わされる色と色との差がディスプレイ上のすべての位置とすべての視野角とに対して同様に表示されるように適用される。
Claims (22)
- マトリクスディスプレイにおけるピクセル素子の複数のゾーンのグレースケールまたはカラーの値の不適合を補正するための方法であって、前記補正は、施行されたグレースケールまたはカラーのディスプレイ規格に関連し、ピクセル素子の各ゾーンは異なる較正関数によって補正され、前記方法は、
ピクセル素子の各ゾーンに対して独立して、
その駆動信号の関数としてのピクセル素子のゾーンのグレースケールまたはカラーの値の不適合を特徴付ける特徴付けデータを記憶するステップを含み、前記駆動信号は、グレースケールまたはカラーのレベルの数に対応しており、前記方法はさらに、
特徴付けデータに従って、前記施行されたグレースケールまたはカラーのディスプレイ規格に適合するグレースケールまたはカラーのレベルを得るために、ピクセル素子の前記ゾーンの駆動信号を事前に補正するステップを含み、前記事前に補正するステップは、表示すべきグレースケールまたはカラーの値の入力値と、ピクセル素子のゾーンが見られるかまたは見られるべき視野角とに基づいて実行され、
前記方法はさらに、ピクセル素子のゾーンが見られるかまたは見られるべき視野角が予め定められた範囲外である場合に、前記駆動信号を調整することによってグレースケールまたはカラーのレベルの数を減らすステップを含む、方法。 - 事前の補正を調整するステップは、ディスプレイ内容を均一なグレースケールレベルに変更するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- ピクセル素子のゾーンは1つのピクセル素子を含む、請求項1または2に記載の方法。
- ピクセル素子のゾーンは複数のピクセル素子を含み、ゾーンの各ピクセル素子には同じ特徴付けデータが割当てられている、請求項1から3のいずれかに記載の方法。
- マトリクスディスプレイが見られるかまたは見られるべき前記視野角はユーザによって選択可能である、請求項1から4のいずれかに記載の補正方法。
- マトリクスディスプレイが見られるかまたは見られるべき前記視野角が検出システムを用いて測定される、請求項1から4のいずれかに記載の補正方法。
- 前記特徴付けデータはさらに、バックライト強度の依存性、環境パラメータの依存性のうちの少なくとも1つを含む、請求項1から6のいずれかに記載の補正方法。
- 前記環境パラメータは環境光の強度である、請求項7に記載の方法。
- 前記駆動信号を事前に補正するステップは、ルックアップテーブルの使用に基づいて実行される、請求項1から8のいずれかに記載の補正方法。
- 前記駆動信号を事前に補正するステップは、少なくとも部分的に数学的関数を用いることに基づいて実行される、請求項1から9のいずれかに記載の補正方法。
- ピクセル素子の個々のゾーンからキャプチャされた画像から特徴付けデータを生成するステップをさらに含む、請求項1から10のいずれかに記載の方法。
- 特徴付けデータを生成するステップは、マトリクスディスプレイの各ピクセル素子についての特徴付けデータを表わすピクセル素子プロファイルマップを構築するステップを含む、請求項11に記載の方法。
- 事前に補正するステップは、画像を表示しつつ、マトリクスディスプレイの駆動中にリアルタイムで実行される、請求項1から12のいずれかに記載の補正方法。
- 事前に補正するステップは、画像を表示しつつ、マトリクスディスプレイの駆動中以外の時間にオフラインで実行される、請求項1から12のいずれかに記載の補正方法。
- 前記施行されたグレースケールディスプレイ規格は、米国電機製造業者協会によって発行された医療用デジタル画像化および通信(DICOM)規格である、請求項1から14のいずれかに記載の補正方法。
- マトリクスディスプレイにおけるピクセル素子の複数のゾーンのグレースケールまたはカラーの値の不適合を補正するためのシステムであって、前記補正は、施行されたグレースケールまたはカラーのディスプレイ規格に関連し、前記システムは、
その駆動信号の関数として、および、ピクセル素子のゾーンが見られるべき視野角の関数としてのピクセル素子の複数のゾーンのグレースケールまたはカラーの値の不適合を特徴付ける特徴付けデータを記憶するためのメモリ手段を含み、前記駆動信号は、グレースケールまたはカラーのレベルの数に対応しており、前記システムはさらに、
特徴付けデータに従って、施行されたグレースケールまたはカラーのディスプレイ規格に適合するグレースケールまたはカラーのレベルを得るために、駆動信号をピクセル素子のゾーンに事前に補正するための補正装置を含み、
前記補正装置は、定められた視野角が予め定められた範囲外にある場合にグレースケールまたはカラーのレベルの数を減らすようにするとともに、グレースケールのレベルまたはカラーのレベルの数を減らすことによってこれらの駆動信号を調整するよう適合される、システム。 - 補正装置は、単一のグレースケールまたはカラーのレベルを得るために、駆動信号をピクセル素子のゾーンに調整するよう適合される、請求項16に記載のシステム。
- ピクセル素子のいくつかのゾーンについての特徴付けデータを、ピクセル素子の前記ゾーンの各々のグレースケールまたはカラーのレベルといくつかの視野角についての対応する駆動信号との関係を確立す
ることによって、生成するための特徴付け装置をさらに含む、請求項16または17のいずれかに記載のシステム。 - 前記特徴付け装置は、マトリクスディスプレイのピクセル素子の画像を生成するための画像キャプチャ装置を含む、請求項18に記載のシステム。
- 補正装置は、ディスプレイシステムに対するユーザの視野角を決定するための視野角決定装置を含む、請求項16から19のいずれかに記載のシステム。
- 画像を表示するためのマトリクスディスプレイ装置であって、ピクセル素子の複数のゾーンを含み、請求項16から20のいずれかに記載のシステムをさらに含む、マトリクスディスプレイ装置。
- 請求項16から20のいずれかに記載のシステムを含む、マトリクスディスプレイ装置とともに用いられる制御ユニット。
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